JPH0617808B2 - アナログ波形記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアナログ波形記録装置、特に縮小ＥＣＧと称さ
れる非常に空間的に圧縮されている心電図（ＥＣＧ）の
波形列をプロットするための装置に関する。

［従来技術］ 種々の表示の目的のために心電図信号を使用したシステ
ムは周知である。代表的には、被検者が静止状態にある
患者に対して、データ記号がとんの数分間収集され、細
長いチャート上に記録され、診断されている。他の技術
では長時間心臓がモニタされ、その後ＥＣＧ信号がグラ
フに記録され、他の診断に使用されている。例えば日常
業務を遂行している外来患者のＥＣＧから長期モニタに
よって診断専門家が一時的な心臓の異常を評価してい
る。外来患者は身体に取付けられたセンサからＥＣＧデ
ータを受取るテープ・レコーダを携帯している。後にテ
ープは可視的記録及びＥＣＧにされ、患者の活動力に関
連付けられている。この場合蓄積されるデータは極めて
多くなる。米国特許第４２１４５９０号はテープ上にＥ
ＣＧ信号を記録し、このデータを圧縮されたフォーマッ
トとしてハード・コピーに変換する技法を開示してい
る。この記録自体には通常のエンドレス・テープが使用
され、検流計によって制御される針が実際のトレーシン
グを行なっている。この特許の第３図に示されている如
くトレーシングは紙の移動方向に平行な軸に沿って行わ
れる。

ＥＣＧシステムの冗長なデータを除去するためのデータ
圧縮技法は米国特許第４０９０５０５号に開示されてい
る。この特許に表示されている如く、通常は観察されな
いランダムなもしくはしばしばしか生じない現象を保持
しつつ冗長なデータを少なくしている。従って、ＥＣＧ
トレーシング中の典型的でな異常を観察する事によって
検出されるリズム中の変動が保存される。同時に、ＥＣ
Ｇデータの全体的量は減少され、比較のために十分な量
のルーチン・データが保持され、同時にすべての典型で
ないデータが表示される。従って、冗長なデータを除去
するデータ圧縮技法によって、寸法が大いに減少された
医学的に許容可能なＥＣＧが得られる。出力は標準の解
像度を有する通常のチャートストリップレコーダに生ず
る。即ち、移動の方向に平並なチャートの方向が時間を
表わしている。チャート速度は２ｍｍ／秒の程度にあ
り、針は±２．ｍＶ程度の心臓の活動度を表示する事が
出来る。この様にしてこの特許では冗長と見なされるデ
ータを除去できるが、ＥＣＧデータとして標準のグラフ
出力を利用している。

ＥＣＧ技法に特に応用されるものではないが、データ圧
縮のための他の技法も周知である。例えば、米国特許第
４１０９２４３号はＣＲＴ走査の帰線消去中に失われる
様なデータを記憶する技法を説明している。データは通
常の走査期間中に圧縮された時間スケール上にプロット
される。従って、このシステムは循環記憶装置を使用し
て入力データを一時的に記憶し、時間圧縮された形の出
力を直列に読出している。しかしながら連続的なトレー
シングが生ずるＥＣＧプロッティングにはこの技法は応
用出来ない。

他の技術はプロッティングの解像度とデータ・ベースの
精度間に差が存在する場合のＣＲＴプロッティングを行
うものである。米国特許第４０７４２８１号は多値時間
関数の線セグメントを発生するのに使用されるこの様な
技法の代表的なものである。ＣＲＴ表示の発生もしくは
一般にディスプレイ・システムの概念に関連すると考え
られる他の技法には米国特許第３６８００７６号、第３
６８６６６２号、第３８１２４９１号及び第３９０２４
７６号があげられる。しかしながらこれ等の技法のどれ
もＥＣＧデータのデータ圧縮に関連していない。

データ収集及び表示技術は多量の繰返しＥＣＧデータを
正確に表示するという問題に焦点を有するが、データ出
力だけでなくその絵画的記憶を与えるのに使用される装
置を著しく簡単にしなければならない。さらに、或る応
用の場合には高解像度は必要とされない。例えば外来用
ＥＣＧシステムの場合には、最初は波形中の大まかな変
化のみを識別すればよい。心臓の周期的な波形のＰ．
Ｑ．Ｒ．Ｓ．Ｔ部の詳細な分析は不整脈が見られた後に
行われる。高解像度のプロットのための精密なＥＣＧ装
置の使用は外来患者のデータの初期部にはもったいな
い。この様な高解像度のプロットは又高価につき、時間
もかかる。しかしながら、この様な場合でもすべてのデ
ータが圧縮形で表示されるならば、不整脈の記録も失わ
れる事はない。従って最初のスクリーンニング部分で低
解像度のデータが記録されても、出力は満足すべきもの
となる。従って問題点は現在の高分解能ＥＣＧプロット
方法に比較して印刷記録の量を減少し、適切で正確な
（ただしより高速で安価な）プロット装置を使用する事
にある。多くの現在の診断用ＥＣＧシステムは可動ペン
針及び精密な紙処理装置を使用する検流計技法に依存し
ている。この様な技法は米国特許第４０９０５０５号及
び第４１８４４８７号に示された如く、正確な標準化さ
れたトレーシングを得るためのものである。しかしなが
ら、もし高精度の解像度が必要とされない場合には、例
えば線型ドット配列体をなすサーマル印刷ヘッドを使用
する他の印刷ヘッド技術が使用出来る。この様な印刷ヘ
ッドは或る通常の計算機出力装置に使用されていて、感
熱記録媒体を必要とする（類似の線形ドッド配列体印刷
ヘッド技法は適切に用意された記録媒体上の電子食刻も
しくは化学作用を介してスパーク／アーク書込みを使用
している）。しかしながら、この装置が使用された場合
でも、かなりのデータ圧縮を行なわなければならない。
例えば、高解像度の診断用心電図の波形の印刷は通常紙
の移動方向を時間軸に使用している。従って、低解像度
でもよい応用例、即ち外来用ＥＣＧの場合には単に通常
の検流計式の記録計を印刷ヘッド技法によって置換する
事によっては紙の出力を著しく少なくする事は出来な
い。

サーマル印刷ヘッドもしくは等価な線形配列体を適切な
データ圧縮と組合せる時に得られる主な利点は極めて高
速で、検流計の出力の場合と比較して大量のＥＣＧデー
タがグラフ的に表示される点にある。診断用高分解能検
流計が一分間で記録したＥＣＧデータはプロットに一分
間を要するが、本発明による方法では一分間の圧縮ＥＣ
Ｇデータをプロットする時間は１秒よりもはるかに短か
くなる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は通常の線形ドット配列体のプリンタを使
用してＥＣＧトレーシングを圧縮形で行い、診断専門家
が不整脈の診断を行なえるようにする事にある。

本発明によれば、例えば計算機の出力装置に使用してい
る低解像度のサーマル印刷ヘッドを使用する縮小ＥＣＧ
記録システムが与えられ、紙の移動方向に垂直にＥＣＧ
トレースがプロットされる。

本発明によれば、長時間のアナログ波形印刷のためのシ
ステムが与えられる。これにはアナログ−ディジタル変
換が使用され、記憶された値が印刷素子の線形配列体に
タイミングよく与えられ、長時間データの記録が均一な
時間間隔の多く平行なトラックに分割されて、ＥＣＧ波
形時間軸が紙の移動方向に垂直になる様にプロットされ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、例えば各１分間隔の６０個の平行トラ
ックを使用してＥＣＧ波形の一時間分、即ち例えば６０
個の平行な３０秒間隔のトラックを使用して１／２時間
のＥＣＧ波長のためのレコーダが与えられる。いずれの
場合にも記録は２１．５９ｃｍ×２７．９４ｃｍの一枚
の紙もしくは無限の長さのロールの一部上に行われる。
特に、アナログ形のＥＣＧデータは通常のセンサ、その
後に、Ａ／Ｄ変換器を使用し、これによって発生された
ディジタル値を記憶する事によって行われる。記憶され
た値はさらに処理されて、その結果は適切な時間に、固
定された印刷素子の線形配列体、例えば線形ドット配列
印刷ヘッドにゲートされる。印刷ヘッドは線形配列体に
垂直に移動するチャートにタイミング良く平行な出力を
与える。配列体の特定の印刷素子の付勢はその印刷素子
の位置に対応するＥＣＧ時間間隔内に生じる最大及び最
小のＥＣＧサンプル値の関数である。特定の印刷素子を
付勢する期間の開始と終了はチャート供給装置に与えら
れる印刷指令との時間的関係によってチャートの移動方
向に沿って長さ及び位置がＥＣＧサンプルの対の値を表
わす線を与え、これからその印刷素子のための付勢情報
が誘導される。

ＥＣＧ波形はアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換過程
で毎秒ｋ個のサンプル率でサンプルされる。もし有効幅
Ｌで全部でＮ個の印刷素子を有する線形ドット配列体の
印刷ヘッドが配列体の軸に垂直な記録媒体の幅ｘ≦Ｌに
またがって全持続時間Ｔの圧縮ＥＣＧ波形を印刷するの
に使用されると、頁にまたがって一本の線を与えるのに
必要とされる全ＥＣＧサンプル数はｋＴであり、各印刷
素子によって表わされるサンプルの平均はｋｘ÷ＮＸ／
Ｌ＝ｋＴＬ／Ｎｘによって与えられる。長さｘ内にある
印刷素子は従ってｋＴＬ／Ｎｘ個のサンプルから誘導さ
れる情報を表示しなければならない。例えば代表的な値
としてｋ＝１００、Ｎ＝８００及びＬ＝２０．３２ｃｍ
を使用し、記録媒体一頁のｘ＝１９．０５ｃｍの幅の部
分にＴ＝６０秒分のＥＣＧ波形情報を描く場合を考える
（印刷素子の残りの１．２７ｃｍは余白にアルファベッ
トの記号を記すのに使用される）。この例では各印刷素
子はＥＣＧ波形列の８個のサンプルから得られるデータ
を表示しなければならない。

本発明はアナログＥＣＧ波形列のＡ／Ｄ変換のための手
段を与える。サンプルの相継ぐ群が区分され、各群の最
大値及び最小値が決定される。各群に従って各印字素子
に関連する最大値、最小値の対の値が記憶装置中に順次
記憶される。記憶装置が充満されると（即ちすべてのＥ
ＣＧ印刷素子に対の値が割当てられると）、記憶された
値は最大値、最小値の対及び線形印刷ヘッド配列体を移
動させる機械的駆動装置の位置の関数として印刷素子を
付勢及び消勢させる事によって効果的に、並列に読出さ
れる。この様にして心臓周期の電気的波形の長時間の列
が印刷ヘッドの軸を横切る短い平行な線の列として記録
される。この横切る線の集りが入力の長い持続時間の高
解像度の波形列の基本的タイミング及び振幅情報を低解
像度で表わしている。

本発明によれば最大振幅及び最小振幅は、存在する事が
あり得る記録ギャップがなくなる様に修正される。

［実施例］ 第１図を参照するに本発明によるシステムの全体が示さ
れている。本発明はサーマル印刷ヘッド１０、例えば計
算機の出力プリンタとして時には使用される線形ドット
配列体のプリンタを使用する。線形配列体のサーマル印
刷ヘッドは多数（Ｎ個）、代表的には、２．５４ｃｍ当
り１００個の印刷素子を有し、それらの素子を選択的に
付勢する事によって、感熱紙１２にドット配列体が与え
られ、これによってデータの可視的記録が得られる。こ
の線形配列体の印刷ヘッドはこの分野で周知である。代
表的な場合は、プラテン１４が紙１２の下にあって、サ
ーマル印字ヘッドのための裏打ちを与え、紙に対して印
字素子の均一な接触が与えられる様になっている。紙１
２は従来のように、ローラ１６から、例えば圧力ロー
ラ、プラテン１４、スプロケット等の運動によって第１
図に示された矢印の方向に駆動される。

この周知の技法による印刷ヘッドの任意の素子が電気的
に付勢され、可視的ドットが感熱紙上に形成される。も
し同じ素子が繰返し付勢されると、印刷ドットの集りに
よって紙の移動方向に平行な線もしくは棒が形成され
る。本発明はこの通常の技法の利点を利用し、説形配列
体の個々に付勢可能な多数の印字素子が低解像度だが、
不整脈の診断には十分な解像度の縮小ＥＣＧを印刷可能
にする。本発明はこの周知技法を使用して圧縮ＥＣＧを
構成する。もし例えば紙１２の寸法が標準の２１．５９
ｃｍ×２７．９４ｃｍの頁である場合には、一時間分の
外来用ＥＣＧ記録には各々１分間分のＥＣＧデータを表
わす６０本の線が必要である。

通常の診断の２５ｍｍ／秒の割合で同じ記録を得るのに
必要な折畳み紙もしくは巻紙の量はかなり多くなる（約
９０ｍ）。代表的な現利用可能な線形配列体のサーマル
印刷ヘッドは２０．３２ｃｍの幅内に略８００本の素子
を使用する。これは１００素子／２．５４ｃｍ（１イン
チ）の密度を与える。従って例えば１分間分のデータが
８００本の素子を有する線上に印刷される場合には、Ｅ
ＣＧデータの一秒当り平均１３．３３印刷素子が使用さ
れる。その結果得られる解像度は、通常データを表示
し、プロットするのに使用される解像度（米国特許第４
０９０５０５号に述べられている１００−５００サンプ
ル／秒）よりも低い。

しかしながら、本発明によれば、この小さな線印刷密度
を使用し、利用可能な印刷ヘッド技法を使用する事によ
って許容可能な縮小ＥＣＧが発生される。即ち本発明は
通常の診断ＥＣＧ記録におけるが如く可動針を駆動する
ための極めて高制度の検流計を必要としない。

第２Ａ図の１個の心電図波形を参照して、先ず入力の連
続アナログＥＣＧ信号及びサンプルの列を考察する。各
ドットは第２Ａ図の連続波形から導かれる離散サンプル
点を表わしている。第２Ｂ図は時間間隔を表わし、各間
隔は線形配列体の印刷ヘッド１０の個々の印刷ヘッド素
子に割当てられる時間的拡がりを表わしている。従って
第２Ｂ図に示された相継ぐ間隔は第２Ａ図のドットによ
って示されたサンプルの相継ぐ群に対応する。各間格中
には多くのサンプルが含まれている事に留意されたい。

第２Ｃ図は各間隔に対し最大及び最小のサンプルが保持
されているプロットを示す。従って、第２Ｃ図に示され
た如く、単一レベルだけにあるサンプルを有する間隔内
には、一点が保持されている。なんとなれば最大値及び
最小値が一致しているからである。入力記号が変化する
間隔内には、２つのサンプル点が保持される。例えば、
第２Ａ図に示された正方向のスパイク中では保持される
サンプル点は共に正である。しかしながら第２Ａ図に示
された過渡的負のスパイクの場合には、サンプル点は夫
々正の点及び負の点より成る。第２Ｃ図に示された最大
値及び最小値の対の値は印刷ヘッド１０の各素子を付勢
して、ＥＣＧを表わす一連の垂直な棒を形成する。デー
タ変換が継続するにつれ棒が印刷される。従って標準の
紙上にはおびただしい量のＥＣＧデータが収集される。
第２Ｃ図のデータから発生される一連の棒は第２Ｄ図に
示されている。線形配列体の印刷ヘッドは実線の棒を印
刷するのだけでなく、間隔が密なもしくは重畳したドッ
トの列を印刷して、実線を表わし形成している事を理解
されたい。従って線形配列体のサーマル印刷ヘッドを一
例として選択したが、多くの異なる型の線型配列ヘッド
もしくは他のプリンタを使用出来る。第２Ｅ図は第２Ａ
図乃至第２Ｄ図に関して説明された方法を利用して発生
され、より実際に近く圧縮された時間軸にプロットされ
た縮小ＥＣＧの一部を示している。１００素子／２．５
４ｃｍの印刷密度では棒は接触している様に見え、これ
によって横方向の波形が与えられる事に注意されたい。
この様なＥＣＧは外来用のＥＣＧ、即ち日常の活動を行
っている患者から長期間にわたって採取されたＥＣＧか
らの不整脈診断に適している。

再び第１図を参照するに、入力ＥＣＧデータをサンプリ
ングして記録するための装置が示されている。周知の如
く、入力２１に与えられるＥＣＧデータは各正常な心臓
周期中に発生される一般に５つの区別される波形部分よ
り成るアナログ記号である。第１図は頁を横切って各線
上に多くの相継ぐ心臓の周期より成る波形例を印刷する
ためのシステムを示している。入力データは先ずＡ／Ｄ
変換装置２０中でアナログ−ディジタル変換を受ける。
ブロック２２は変換周波数ｆ１の入力を与える。この様
にして変換されたディジタル・データは短グループ・バ
ッファ２４の回路によってクロック２２中の分周器によ
って与えられる一様な周波数ｆ２（＜ｆ１）によって順
次、複数の値の群に分割され、次にこの値の群が最大最
小比較回路２５によって処理されて、各群中の最大値及
び最小値の対が選択される。即ちデータは第２Ｂ図に示
された区分間の時間間隔に対して第２Ａ図に示されたド
ットの数に対応する量が短グループ・バッファ２４に充
填される。処理後の最大の及び最小のサンプル点の対は
ライン・バッファ記憶装置２６に保持される。ライン・
バッファ記憶装置２６は印刷ヘッド１０で付勢されるべ
き素子数に等しいデータ対を記憶する。従ってもし標準
の２１．５９ｃｍ×２７．９４ｃｍのシート紙上に２
０．３２ｃｍ幅の印刷を行うのに８００個の素子が付勢
されるのであれば、記憶装置２６は素子の各々に対して
一対のサンプルを記憶する様にして、最大値及び最小値
のサンプルを表わす８００個のデータ対を記憶する。次
に記憶された値は印刷ヘッド駆動論理装置２８によって
処理され、一様な速度で紙を移動させる紙移動制御回路
２７及び機械的駆動機構１８と時間的に協調して、個々
のサーマル印刷素子のオンオフ期間を適切に調時する。
印刷ヘッド１０の印刷素子の各々は記憶された最大値及
び最小値の関数である長さ及び位置を有する棒を頁上に
印刷する。第１図に示された装置の各々は上述のシステ
ムに統合可能な市販の装置である事を理解されたい。

第２Ｄ図に示された如き棒が発生され、波形の或る領域
に信号レベルの急速な変化が生じたものと仮定すると、
記号の棒表示間にはギャップＧが現われる。即ち相継ぐ
棒間に重畳する部分がない領域が存在する。この様なギ
ャップは第３図に示されている。

第３図はアナログＥＣＧ入力のＡ／Ｄ変換の結果として
得られた第２Ａ図のサンプリング点及び元の曲線の一部
と共に示される。第３図に示された棒は一つの間隔内で
得られた最大値及び最小値のサンプルの結果から印刷さ
れるものを示している。個々のサンプル点も同様に第３
図に示されている。図示された如く信号が急速に変化す
る領域では、印刷される相継ぐ棒間にギャップが存在
し、印刷されるＥＣＧにもギャップを生ずる。本発明に
よればこの様なギャップの記録が防止される。

第４図を参照するに、Ｔ₁＝第１の区画の最大値サンプ
ル、Ｂ₁＝第１の区画の最小値サンプルとする。同様
に、第２の区画ではＴ₂＝この区画の最大値、Ｂ₂＝この
区画の最小値とする。第４図は２つの場合を示してい
る。第１の場合、（左側）最小値Ｂ₁は最大値Ｔ₂よりも
大きいのでギャップが存在する。第２の場合には、最大
値Ｔ₁は最小値Ｂ₂よりも小さいのでギャップが生ずる。

第１の場合の如く、もしＴ₂＜Ｂ₁ならばＴ₂の値がＢ₁の
値によって置換えられる。もし第２の場合の如く、Ｂ₂
＞Ｔ₁ならばＢ₂の値がＴ₁に置換えられる。必要なら
ば、これ等の置換を行う事によって棒は上述の如く引か
れる。この結果、これ等の遷移点は滑らかになり、ギャ
ップが除去される。

本発明のさらに他の利点は同じ線形配列体の印字ヘッド
がデータ・シート１２上に英数字文字を印刷するのに使
用される点にある。従って、この分野で周知の任意に駆
動及び文字発生器論理装置によって、注釈が図示された
縮小ＥＣＧに付加され、患者名、患者番号、日付等の種
々の説明データが与えられる。

従って上述の如く本発明は入力アナログＥＣＧ波シーケ
ンスが著しく圧縮された縮小ＥＣＧ波形列を平行にプロ
ットする事が出来る。全ＥＣＧ波形は紙の移動方向に直
角なＥＣＧ時間軸と平行にプロットされる。この方向は
紙の移動軸がＥＣＧ時間軸として使用される多くの診断
用プロット・システムに使用される方向とは直角をなし
ている。

本発明の改良は本発明の要旨を離れる異なく実施でき
る。例えば単一線を印刷するための一つの回路を示した
が、データの第２の線を記憶するのに第２の並列記録装
置を使用出来る事は明らかである。従って、これ等の記
憶装置はデータの記憶媒体の前進速度に従って交互にロ
ードされ読出される。切換にはゲートが使用され得る。

同様に、十分な印刷素子密度が保持される限り異なるプ
リンタが使用出来る。

線当り一分間分のＥＣＧデータが圧縮されるデータ圧縮
を説明したが、他の圧縮率も使用できる事が明らかであ
ろう。

［発明の効果］ 本発明によれば、アナログ波形が圧縮され、記録紙の移
動方向に垂直に記録されるアナログ波形の印刷方法が与
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主要装置を示した概略図である。第２
Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図、第２Ｄ図及び第２Ｅ図は本
発明に従う入力ＥＣＧ信号の処理段階を示したグラフで
ある。第３図は記録ギャップの形成を阻止するための振
幅修正技法を示した図である。第４図は記録データ中に
ギャップが生じた２つの場合を示した図である。 １０……サーマル印刷ヘッド、１２……感熱紙、１４…
…プラテン、１６……ロール、１８……機械的駆動機
構、２０……Ａ／Ｄ変換装置、２２……クロック、２４
……短グループ・バッファ、２６……ライン・バッフ
ァ、２７……紙移動制御装置、２８……印刷ヘッド駆動
論理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービツド・ブルース・フランシス アメリカ合衆国ニユーヨーク州マウント・ キスコ、クロトン・アベニユー96番地 (72)発明者 ジヨン・ヴインセント・ミツジ アメリカ合衆国ニユーヨーク州ポーキプシ ー、クラマー・ロード、アール・エフ・デ イ３番地 (56)参考文献 特開 昭59−31408（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】経時的に変化するアナログ波形を時系列の
   ディジタルデータに変換する手段と、 前記ディジタルデータの所定の群を形成し、且つ前記所
   定の群内の前記ディジタルデータの最大値及び最小値を
   決定し、前記所定の群内の最大値及び最小値を、隣接す
   る群内の最大値及び最小値と比較して、記録される一連
   の棒相互間にギャップを生じないように修正する手段
   と、 修正された前記最大値及び最小値を逐次記憶する手段
   と、 記録媒体を横切るように配列された複数の記録素子の線
   形配列体を通過するように前記記録媒体を移動させる手
   段と、 前記逐次記録された最大値及び最小値を前記複数の記録
   素子のために並列に読み出し、前記読み出された最大値
   及び最小値の関数である長さ及び位置を有する一連の棒
   を記録するよう前記複数の記録素子を並列に付勢する手
   段とを備えたことを特徴とするアナログ波形記録装置。